वैक्यूम: क्या कुछ भी नहीं से कुछ बनाना संभव है?
सबसे पहले, एक धमाकेदार: जब हाई स्कूल शिक्षक ने कहा कि शून्य में कुछ भी मौजूद नहीं है, तो वह शैक्षणिक कारणों से इस जानकारी को सरल बना रही थी। कक्षा की सामग्री के लिए, यह कथन आमतौर पर पर्याप्त से अधिक है। लेकिन सच्चाई यह है कि कई अन्य कॉलेज विषयों की तरह, यह भी अनुशासन के उन्नत विषयों में अध्ययन किए गए रहस्यों को छिपाता है। इसका प्रमाण 18 फरवरी, 2012 के न्यू साइंटिस्ट पत्रिका में प्रकाशित लेख "वैक्यूम पैक्ड" में दिए गए प्रयोग हैं।
हालाँकि निर्वात में कोई बात नहीं है, क्वांटम भौतिकी इस तथ्य को ध्यान में रखती है कि इन क्षेत्रों में न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा होती है, साथ ही विद्युत चुम्बकीय और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र भी होते हैं। इसलिए, वैक्यूम को पूरी तरह से खाली नहीं माना जा सकता है।
इसके अलावा, इन स्थानों में कणों और विरोधी कणों की उपस्थिति भी होती है जो हर समय बनते और नष्ट होते रहते हैं। क्वांटम चिड़ियाघर के इन अजीब "छोटे जीवों" को आभासी कणों (या विरोधी कणों) के रूप में जाना जाता है - व्यक्तिगत रूप से पता नहीं लगाया जा सकता है। हालांकि, वे प्रतिक्रियाओं का उत्पादन करने में सक्षम हैं जिन्हें कासिमिर प्रभाव के रूप में मापा जा सकता है। इस कण फ्लैशर को क्वांटम वैक्यूम उतार-चढ़ाव के रूप में जाना जाता है।
कैसिमिर प्रभाव को समझना
1948 में, डच भौतिक विज्ञानी हेंड्रिक कैसिमिर ने यह समझने की कोशिश की कि कोलाइड्स का अस्तित्व कैसे है, अर्थात्, एक मिश्रण को कैसे रखा जाए जिसमें एक प्रकार का पदार्थ दूसरे में फैलाया जाता है, जैसे दूध के जलीय घोल में वसा ग्लोब्यूल्स। ऐसे माध्यमों में अणुओं के बीच की ताकत पारंपरिक गणनाओं की तुलना में दूरी के साथ तेजी से गिरती है, जो वैन डेर वाल्स की ताकत पर आधारित होती है।
समस्या के पर्याप्त समाधान पर पहुंचने के लिए, कासिमिर ने एक भौतिक विज्ञानी की सलाह का पालन किया, जिसके काम क्वांटम भौतिकी, नील्स बोहर के निर्माण के लिए मौलिक थे: मिश्रण के अणुओं के बीच वैक्यूम की कार्रवाई पर विचार करें। जाहिर है, एक कोलाइड के जटिल आणविक संरचना में ऊर्जा के उतार-चढ़ाव की गणना करना असंभव होगा। इसलिए कासिमिर ने एक सरल मॉडल का प्रस्ताव दिया: दो पूरी तरह से गठबंधन धातु की प्लेटें, एक वैक्यूम में तैरते हुए।
चूंकि वैक्यूम ऊर्जा युक्त लहर क्षेत्रों से भरा होता है, इन तरंगों की पूर्ति दो प्लेटों के बीच अधिक प्रतिबंधित होती है, जिससे इस स्थान पर कम कण निकलते हैं। नतीजतन, दो प्लेटों के बीच ऊर्जा घनत्व खुले स्थान की तुलना में कम है, यह एक दबाव अंतर बनाता है जो एक प्लेट को दूसरे के खिलाफ धक्का देता है।
यह बल, हालांकि, बहुत छोटा है: दो अलग 10-नैनोमीटर प्लेटें हमारे सिर के ऊपर वायुमंडल के वजन के बराबर एक बल महसूस करती हैं। इस प्रकार, इस बल के अस्तित्व को साबित करना बहुत जटिल है, क्योंकि इसे एक ही मिश्रण पर काम करने वाली बहुत बड़ी ताकतों द्वारा बदल दिया जा सकता है।
यह 1996 तक नहीं था कि स्टीवन लामोरो, संयुक्त राज्य अमेरिका में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, सभी अन्य प्रभावों को सावधानीपूर्वक अलग करने में सक्षम थे जो प्रयोग पर अभिनय कर सकते हैं, और इस तरह एक छोटे अवशिष्ट बल को अभिनय पर पाया गया धातु की प्लेट और एक गोलाकार लेंस, एक दूसरे के खिलाफ धक्का। इस प्रकार, यह साबित हुआ कि वैक्यूम की कार्रवाई वास्तविक थी।
इससे, अन्य बहुत ही पेचीदा प्रयोगों ने हमारी नीयत की अवधारणा को बदलना शुरू कर दिया। लामोरो और उनकी टीम ने भी पुष्टि की, उदाहरण के लिए, तापमान बढ़ने के साथ क्वांटम वैक्यूम उतार-चढ़ाव में वृद्धि हुई। लेकिन इससे भी ज्यादा गूढ़ काम आने वाले थे।
और प्रकाश बनने दो!
नवंबर 2011 में, स्वीडन में चाल्मर्स यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने 1970 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जनरल मूर द्वारा प्रस्तावित, काइसमिर प्रभाव के विचारों का उपयोग करने का निर्णय लिया: यदि हम दो दर्पणों को जल्दी से स्थानांतरित कर सकते हैं, तो एक दूसरे, उतार-चढ़ाव उनके बीच के स्थान में मौजूद क्वांटम को इतनी हिंसक रूप से कुचल दिया जा सकता है कि इसकी ऊर्जा फोटॉन के रूप में निकल जाएगी। सिद्धांत को गतिशील कासिमिर प्रभाव के रूप में जाना गया।
व्यवहार में, यहां तक कि एक बहुत छोटा दर्पण इतनी जल्दी स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, इसलिए भौतिक विज्ञानी क्रिस विल्सन और उनकी टीम ने मूर के विचारों को व्यवहार में लाने के लिए कुछ बदलावों का प्रस्ताव दिया: उन्होंने प्रभाव को अनुकरण करने के लिए तेजी से बदलती विद्युत धाराओं का उपयोग किया। दर्पण जो प्रकाश की गति के बारे में त्वरित हो सकते हैं। परिणाम उम्मीद के मुताबिक था: वैक्यूम से निकलने वाले फोटॉन जोड़े का उत्पादन और माइक्रोवेव विकिरण के रूप में मापा जा सकता है।
लेकिन साथ ही कासिमिर प्रभाव के अस्तित्व के समय, उस समय के प्रयोग को अन्य भौतिकविदों ने भी दोहराया था, जो विश्वास नहीं करते कि प्रयोग वास्तव में मूर के विचारों का अनुकरण करता है। विल्सन ने यह कहते हुए खुद का बचाव किया कि प्रयोग सभी आवश्यक सावधानियों और परीक्षणों के साथ किया गया था, जिसमें यह प्रमाण भी शामिल था कि वे एक वैक्यूम से भी शुरू कर रहे थे। और नई पत्रिका के साथ एक साक्षात्कार में, उन्होंने स्थिति का लाभ उठाया और अपने प्रतिद्वंद्वियों को चुटकी ली: "कुछ लोगों के लिए, गतिशील कासिमिर प्रभाव हमेशा तेजी से बढ़ते वास्तविक दर्पण पर होगा।"
कैसिमिर प्रभाव की तरह, लेकिन इसके विपरीत
मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT) में स्टीवन जॉनसन और उनके सहयोगियों द्वारा एक और उत्सुक प्रयोग किया गया था। उन्होंने गणना की कि कासिमिर प्रभाव उलटा हो सकता है, यानी दो नैनोस्केल वस्तुओं के लिए एक प्रकार के गोंद के रूप में कार्य करने के बजाय, इसका उपयोग एक काउंटर दबाव, यानी एक वस्तु को दूसरे से दूर धकेलने के लिए किया जा सकता है।
ऐसा करने के लिए, भौतिकविदों ने धातु की प्लेटों के आकार को बदल दिया, संरचनाओं को जोड़कर जो एक ज़िप के दांतों से मिलते जुलते हैं। यह, सिद्धांत रूप में, उनके बीच बल को प्रतिकारक बना देगा। पुर्तगाल के कोयम्बटूर विश्वविद्यालय में किए गए एक और हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं स्टानिस्लाव मास्लोवस्की और मेरियो सिलवीरिन्हा ने धात्विक "नैनोबॉड्स" का उपयोग करके एक समान प्रभाव डाला, जिसने धातु नैनोबार को छोडने में सक्षम एक प्रतिकारक बल बनाया।
व्यवहार में, यह प्रभाव, उदाहरण के लिए, नैनो-स्केल गियर और मोटरों के निर्माण के लिए नेतृत्व कर सकता है जो भागों के बीच घर्षण के बिना काम करने में सक्षम हैं। लेकिन इसे अमल में लाने से नए उपकरण विकसित होंगे, जो इन नैनोपार्ट्स को संरेखित कर सकते हैं ताकि उनके परमाणुओं के बीच का वैक्यूम विभिन्न दिशाओं में काम करने के लिए क्वांटम उतार-चढ़ाव का कारण न बने।
वैक्यूम और वैज्ञानिक संदेह
इस प्रकार, यह माना जा सकता है कि हाल के वर्षों में किए गए प्रयोगों ने दशकों पहले के सिद्धांतों को और अधिक विश्वसनीयता प्रदान की है, यह दर्शाता है कि क्वांटम उतार-चढ़ाव और कासिमर प्रभाव दोनों वास्तविक हैं। फिर भी, सभी भौतिकविदों ने इस विचार को नहीं खरीदा।
कासिमिर प्रभाव या क्वांटम वैक्यूम उतार-चढ़ाव के खिलाफ कई शोधकर्ताओं का दावा है कि ये विषय लोकप्रिय हो गए हैं क्योंकि उनके पीछे का गणित इतना सरल है। 1965 में भौतिकी के नोबेल पुरस्कार के विजेता जूलियन श्वािंगर के लिए, ये प्रभाव केवल वैक्यूम के नहीं बल्कि पदार्थ के आवेशों के बीच क्वांटम संपर्क के कारण आते हैं।
यह भी हो सकता है कि इन घटनाओं को साबित करना एक तरह का विरोधाभास है: हम केवल मामले में इसे जोड़कर वैक्यूम ऊर्जा के अस्तित्व को साबित कर सकते हैं, और हम गलत प्रयोगों का जोखिम उठाते हैं। इस बीच, क्रिस विल्सन, जो कुछ भी नहीं पर प्रकाश डालते हैं, को उम्मीद है कि अन्य शोध समूह उनकी टीम को मिलने वाले डेटा को प्रमाणित करने में सक्षम होंगे और इस संभावना को थोड़ा और समर्थन देंगे कि कुछ घटनाएं वास्तव में वास्तविक हो सकती हैं।
सबूत की प्रक्रिया के रूप में कष्टप्रद है, यह इस अव्यक्त संदेह है जो विज्ञान को इतना विश्वसनीय बनाता है। अंत में, यह अच्छा है, क्योंकि यह भविष्य में रिपोर्ट करने के लिए इन जैसे और अधिक पेचीदा प्रयोग कर सकता है।
